JPH0381028B2

JPH0381028B2 -

Info

Publication number: JPH0381028B2
Application number: JP57201195A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Teramachi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-11-18
Filing date: 1982-11-18
Publication date: 1991-12-26
Also published as: JPS5993557A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はねじ軸とナツトの間にボールを入れて
相対的な回転運動又は直線運動ができるようにな
し、ナツト外周のほぼ中央に環状フランジを設け
た中央フランジ付ボールねじに関する。

（従来の技術）従来より、カツテイングツールやワークテーブ
ル等の送り装置には、ねじ軸とナツトのねじ溝間
に一連状のボールを多数介在させて該ボールを転
動自在となし、従来のすべり摩擦による送り動作
をするものに変えて、ころがり摩擦により非常に
軽快な送り動作が行なえるボールねじが提供され
ている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、従来のボールねじにあつては、
例えばギヤ等の如き伝動部材固定用の環状フラン
ジが円筒状のナツトの一端部に設けられているこ
とから、ナツト内周に形成したねじ溝の硬度を出
すためナツト内周を浸炭焼入れした場合、第５図
に示されるように、フランジ形成側と反対側のナ
ツト内周に生じる熱処理歪が相対的に大きくな
り、従つてナツト内周に形成したねじ溝の寸法精
度を出す目的で該ねじ溝を研削仕上げしても、硬
化層の深さが不均一となる欠点を生じていた。ま
た、ややもするとナツトの素地金属が外部露出し
て、ボール転動時にねじ溝面に圧痕が出来る等ナ
ツトの品質を劣化される欠点があつた。そこで、
上記の対策として、一般的に硬化層を厚くして研
削代を大きくとる方法が採用されているが、硬化
層を厚くすると熱処理の時間が多くかかつて製品
のコスト高を招来するという別の欠点を生じてい
た。

また、従来のボールねじでは、ねじ軸とナツト
の両ねじ溝間に嵌め込まれたボールにバツクラツ
シユ（軸方向すきま）があるため、ねじ軸又はナ
ツトのいずれか一方が（軸方向へ移動する際に、
ボールとねじ溝間のバツクラツシユによつて偏摩
耗や騒音を生じるばかりか、ねじ軸又はナツトの
応答性が悪いという問題点があつた。これに対し
ては、左右一対のナツト間に予圧（予備圧縮）を
かける間座を入れて、該ナツトを圧縮方向又は拡
張方向へ強制的にずらしてバツクラツシユを解消
させる等の対策が提案されているが、ナツトに無
用の応力を作用せしめるので機械的補強を十分に
施す必要が生じ、組付け時のかかる圧入作業が非
能率となるなどの問題があつた。

本発明は従来技術の斯かる欠点を解決するため
になされたもので、その目的とするところは、ナ
ツト外周のほぼ中央に半径方向外方へのびる環状
フランジを設けて、熱処理時にナツト内周に歪が
発生するのを極力押さえ、これによりナツトの品
質向上とナツトの価格低減を図り、さらにねじ軸
上に嵌着した単一ナツトのねじ溝ピツチに差を設
けることによつて、１個のナツトにてもボールに
予圧（予備圧縮）がかかるようになし、間座など
の予圧付与部材を省略して使用部品点数の減少並
びにローコスト化を図ることにある。

（実施例）以下に本発明に係る中央フランジ付ボールねじ
を図示の実施例について説明すると、第１図乃至
第３図において、１はボールねじ全体を示し、２
は軸の外周に所定のピツチにより螺旋状のねじ溝
３を形成したねじ軸、４は該ねじ軸２に鋼球より
なるボール列５を介して螺合された軸方向又は回
転方向に移動自在な円筒状のナツトで、このナツ
ト４の内周にもボール列５が転動するための螺旋
状ねじ溝６が設けられており、該螺旋状ねじ溝６
は前記ねじ軸側のねじ溝３と相互に対応せしめら
れている。

ここで、ナツト４のねじ溝６は、第３図に明示
するように、ナツトの中央側におけるねじ溝６，
６間のピツチP₁，P₂（但しP₁＝P₂の条件があるも
のとする）が他のねじ溝６，６間のピツチP３，
P₄（P₃＝P₄の条件があるものとする）より大き
く、P₁，P₂＝P₃＋αおよびP₁，P₂＝P₄＋αの関
係になつている。従つて、ナツト４中央の左側に
位置する負荷ボール５₁は左方向へ、一方右側に
位置する負荷ボール５₂は右方向へ、それぞれナ
ツト４の軸方向外方に向う拡張方向へ予圧を受け
ることになる。なお、これとは逆にピツチP₁，
P₂を両側のピツチP₃，P₄より小さくし、P₁，P₂
＝P₃−αおよびP₁，P₂＝P₄−αの関係を成立さ
せることによつて左側の負荷ボール５₁と右側の
負荷ボール５₂に対して、それぞれナツト４の軸
方向内方に向う圧縮方向へ予圧をかけることがで
きる。

この第３図はナツト４の中央に設けた環状フラ
ンジ７の左側のボール列５を例にとつて説明した
ものであるが、ナツト４中央に設けられた環状フ
ランジ７の右側のボール列５についても、全く同
様の構成によつて各ボールに予圧が付与されてい
る。

このようなボールの予圧構造を採用することに
より、以下のような優れた作用効果を奏する。

すなわち、本願発明は単にスラスト荷重の対策
としてナツト４とねじ軸２のねじ溝３，６間にピ
ツチ差を設けているのではなく、ナツト４の左右
半部内周とボールねじ軸２の対応ねじ溝３，６間
にそれぞれピツチ差を設けることにより、左右に
振り分けたボール列５，５それぞれの各ボールに
予圧を付与し、スラスト方向荷重とモーメント荷
重の複合荷重をも有効に支承することができるよ
うにしたいものである。

この点を第６図イ乃至ニを参照して説明する。

第６図イ及びロは、一つのボール列のねじ溝に
ピツチ差を設けた場合のボールのコンタクト状態
を模式的に示している。

すなわち、各負荷ボールのコンタクト方向はナ
ツト１２の中央部を境にしてラジアル方向に対し
てそれぞれ一方向に対称的に傾斜した１組のコン
タクト構造（B_LとB_R）となる。

このようなナツト１２の図中右向きのスラスト
荷重Ｔと時計回り方向のモーメント荷重Ｍの複合
荷重が作用した場合、スラスト荷重Ｔによつてナ
ツト１２の左半部のボールB_Lに加わる負荷は増
大し、右半部のボールB_Rに加えた予圧は小さく
なる傾向がある。（第６図イ参照）。

従つて、この状態でモーメント荷重Ｍが作用す
ると、全体的に右半部のボール、特に右端に位置
するボールB_R1がモーメント荷重によつてつぶさ
れて変形し、ボールの円滑な循環が阻害されてし
まう（第６図ロ参照）。

これに対して、本願発明は、第６図ハおよびニ
に示すように、予圧付与によるボールのコンタク
ト方向はナツト４の左右半部の領域それぞれに対
称的に傾斜した１組のコンタクト配置（B_L1と
B_L2およびB_R1とB_R2）の組み合わせが存在する。

このようなナツト４にスラスト荷重Ｔとモーメ
ント荷重Ｍの複合荷重が作用した場合、ナツト４
の左右半部に振り分けられたボール列それぞれに
予圧を付与するコンタクト構造を採つているの
で、それぞれのボール列にはスラスト荷重Ｔの方
向に拘らず予圧が付与された高剛性の負荷ボール
B_LO，B_ROが存在する。（第６図ハ参照）。

従つて、この状態で、モーメント荷重Ｍが作用
しても、モーメント荷重Ｍは各高剛性の負荷ボー
ルB_L0，B_ROによつて分担して支承され、ボール
B_R1の荷重増大は低減されてボールのスムーズな
循環移動が確保できる。（第６図ニ参照）。

環状フランジ７はナツト４外周のほぼ中央に半
径方向外方へ延びるように設けられ、ナツト４の
外径より大きい寸法の外径を有しており、また円
周方向へ所定の間隔を設けて複数の取付孔８を備
えている。環状フランジ７に予め取付孔８を設け
ておけば、当該環状フランジ７を介してナツト４
を被固定部材に固定する際に、改めてボルト挿通
用の取付孔を穿孔する必要がなく、従つてナツト
４の固定操作が比較的に簡単なものとなる。

また、ナツト４に作用するモーメント荷重Ｍは
この環状フランジ７を介して作用することになる
が、この環状フランジ７は中央に設けられている
ことから、ナツト４両端部に位置するボールＢ…
…に加わる荷重は左右に均等に振り分けられて、
モーメント荷重Ｍをバランスよく支承することが
でき、より一層モーメント荷重に対する負荷能力
を高めることができる。

さらに、環状フランジ７をナツト４の中央に配
置すると、製造加工時の歪みの解消に加えて、荷
重バランスがよく、ナツト４回転時のねじ軸２の
振動を防止することができ、上記荷重負荷能力の
向上と相まつて、円滑な回転作動が可能となる。

９，１０はナツト４の外周であつて環状フラン
ジ７の左右に対称配置されたターンチユーブ等の
ボールガイドで、略Ｕ字形の断面形状を有するこ
のボールガイド９，１０の両端部はナツト４を貫
通してナツト内部に開口する半径方向の連絡孔４
ａ，４ａ，４ｂ，４ｂに挿着されている。而して
各連絡孔４ａ，４ａ，４ｂ，４ｂのうちの一方側
の連絡孔４ａ，４ａは、ねじ軸２のねじ溝３とナ
ツト４のねじ溝６間を螺旋状に転動するボール列
５の転動始端位置でナツト内部に開口しており、
また他方側の連絡孔４ｂ，４ｂはボール列５の転
動終端位置でナツト内部に開口している。

これによつて、ねじ軸２とナツト４のねじ溝
３，６間を螺旋状に転動する２条のボール列５を
なす各ボール５₀は、その転動終端位置において
ボールガイド９，１０によりねじ溝３，６内から
拾い上げられた後に、該ボールガイド９，１０内
を通つてその転動始端位置で再びねじ溝３，６内
へ回帰し、整列循環を繰返すものである。そして
各ボールガイド９，１０はガイド押え１１，１２
によりナツト４外周に一体的に取付られている。

第４図には、本発明の中央フランジ付ボールね
じを適用したボールねじユニツトが記載されてい
る。第４図において、１´はボールねじユニツト
全体を示し、１３はボルト１４によつて前記環状
フランジ７の外周部に固着されたウオーム歯車等
の伝動部材で、動力側のウオーム１５と噛合せし
められている。１６，１７はナツト４外周の両端
部に装着されたアンギユラーコンタクトベアリン
グよりなるボールベアリングで、外輪と内輪の間
にボールを介在させて構成される。１８，１９は
ナツト４外周中央の環状フランジ７と両ボールベ
アリング１６，１７間に圧入せしめられる間座
で、ボールベアリング１６，１７側のボールに拡
張方向の予圧をかけている。

２０はボールねじユニツト１´を固定支持する
ためのハウジング、２１は該ハウジング２０にボ
ールねじユニツト１´を固定する際に、ボールね
じユニツト１´をハウジングの開口側より奥端側
へ向けて押圧するための固定用ナツトである。ま
たこの固定用ナツト２１は間座１９を用いて一方
側のボールベアリング１７に予圧をかける際の反
力をとる部材としても作用する。このようにボー
ルねじ１側とボールベアリング１６，１７側の双
方に予圧をかける必要がある場合においても、本
発明に係る中央フランジ付ボールねじの構成にお
いては、ボールねじ１側のナツト４が単一構造よ
りなつていることから、ボールベアリング１６，
１７側にかけた予圧によつてボールねじ１側にか
けた予圧が干渉されることはなく、従つてボール
ねじ１側の予圧調整を正確に行ない得る。

このようなボールねじユニツトは、ウオーム１
５と作動連結させたウオーム歯車等の伝動部材１
３を介して、軸方向に固定のナツト４を回転方向
へ回転させると、ねじ軸２は図示の左方または右
方の一方へ軸方向移動する。

（発明の効果）本発明の中央フランジ付ボールねじは以上のよ
うに、ナツト外周のほぼ中央に半径方向外方へ延
びる環状のフランジを設けたので、ナツト内周の
ねじ溝を浸炭焼入れしてもナツト両端部内周に生
じる熱処理歪の程度が減少することから、ねじ溝
研削を行つた際に硬化層の深さをほぼ均一に仕上
ることができるばかりか、ナツトの素地金属が外
部露出することもない。このように本発明の中央
フランジ付ボールねじにおいては、研削仕上げ後
もねじ溝のボール転走面上に均一な深さの硬化層
を形成することができるので、ボールねじの組立
て後にねじ軸及びナツトのねじ溝内でボールを循
環させても、従来のような硬化層の浅い部分、或
いは素地金属の外方露出部に圧痕を生じたりする
不都合は完全に解消され、これによつてボールの
円滑な整列循環を長期にわたつて保障し得る等ボ
ールねじの品質を大いに向上させる効果がある。
また研削仕上げ後においても硬化層の深さをほぼ
均一にし得ることから、従来のように研削仕上げ
前に硬化層を予め厚くしておく必要もなくなり、
従つてナツトの熱処理工程も短時間で終了させる
ことができて、コストの低減に役立つ。

次に、本発明の中央フランジ付ボールねじにお
いては、ねじ軸上に嵌着した単一ナツトのねじ溝
にピツチ差を設けることによつて、１個のナツト
であつても且つ間座等の予圧付与部材を用いなく
てもボールに予圧をかけることができるので、使
用部品点数を減少せしめることができてコスト低
減に役立つ。また１個のナツトであつてもボール
に予圧をかけられれば、従来のような分割タイプ
をなす一対のナツトを用いる必要はなく、機械的
強度の強い単一構造タイプのナツトを使用し得る
から、従来のようにナツトに機械的補強を施さな
くても、ねじれ等に十分対抗し得る効果がある。

さらに本発明における中央フランジ付ボールね
じにおいては、前述した通り予圧（予備圧縮）構
造が採用されていることから、バツクラツシユ
（軸方向すきま）が零となるので、ねじ軸とナツ
トのねじ溝間に介在させたボールに軸方向の遊び
がなく、従つて軸方向移動の際にボールねじの動
きの応答性が優れている。また、軸方向へ移動す
る際の送り方向を変更するときも遊びがないの
で、追従性がよい。また予圧構造のボールねじは
剛性が大であるから、正確な位置決めができると
共に摩耗を生じることがなく、長期の使用に耐え
得る効果を有するものである。

特に、ナツトの左右半部に振り分けられたボー
ル列それぞれに予圧を付与するコンタクト構造を
採つているので、それぞれのボール列にはスラス
ト荷重の方向に拘らず予圧が付与された高剛性の
負荷ボールが存在し、スラスト方向荷重が作用し
た状態でモーメント荷重が作用しても、モーメン
ト荷重は各ボール列の高剛性の負荷ボールによつ
て分担して支承され、ボールの荷重増大は低減さ
れてボールのスムーズな循環移動が確保できる。

また、ナツトに作用するモーメント荷重は環状
フランジを介して作用することになるが、この環
状フランジは中央に設けられていることから、ナ
ツト両端部に位置するボールに加わる荷重は左右
に均等に振り分けられて、モーメント荷重をバラ
ンスよく支承することができ、より一層モーメン
ト荷重に対する負荷能力を高めることができる。

さらに、環状フランジをナツトの中央に配置す
ると、上記したような製造加工時の歪みの解消に
加えて、荷重バランスがよく、ナツト回転時のね
じ軸の振動を防止することができ、上記荷重負荷
能力の向上と相まつて、円滑な回転作動が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る中央フランジ付ボールね
じを示す平面図、第２図は第１図の−線縦断
面図、第３図はボールねじ側ナツトのねじ溝にピ
ツチ差を設けた状態を示す要部縦断面図、第４図
は本発明に係る中央フランジ付ボールねじを用い
たボールねじユニツトを示す縦断面図、第５図は
従来の端部フランジ付ボールねじを示す要部縦断
面図、第６図イ〜ニはスラスト方向荷重とモーメ
ント荷重の複合荷重が作用した場合の一つのボー
ル列に予圧を付与したボールコンタクト構造の場
合と、本発明の左右二列のボール列のボールコン
タクト構造の場合の各ボールに作用する荷重の状
態を示す説明図である。符号の説明、１……ボールねじ、１´……ボー
ルねじユニツト、２……ねじ軸、３……ねじ溝
（ねじ軸）、４……ナツト、４ａ，４ｂ……連絡
孔、５……ボール列、５₀，５₁，５₂……ボール、
６……ねじ溝（ナツト）、７……フランジ、８…
…取付孔、９，１０……ボールガイド、１１，１
２……ガイド押え、１３……伝動部材、１４……
ボルト、１５……ウオーム、１６，１７……ボー
ルベアリング、１８，１９……間座、２０……ハ
ウジング、２１……固定用ナツト。

Claims

【特許請求の範囲】１螺旋状のねじ溝を形成したねじ軸と、内周に前記ねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝を
形成し且つ外周のほぼ中央に半径方向外方へ延び
る環状フランジを設けたナツトと、該ナツト外周に装着されて上記ねじ軸及びナツ
トの対応ねじ溝内のボールを拾い上げて再びこれ
を該ねじ溝内に帰還させるボールガイドと、当該ボールガイドを介してねじ軸とナツトの対
応ねじ溝間を整列循環する複数のボール列とから
なり、ボールガイドは環状フランジの左右に２ケ設置
され、また前記ボール列も環状フランジの左右に
２条設けられており、該左右２条のボール列が設けられるナツトの左
右半部それぞれの中央側に位置するねじ溝間のピ
ツチと、左右半部それぞれの両側に位置するねじ
溝間のピツチとの間に差を設けることにより、前
記ナツトの左右半部とねじ軸との対応ねじ溝間に
介装された各ボール列のボールに予圧を付与して
なることを特徴とする中央フランジ付ボールね
じ。２ナツト外周中央の環状フランジは固定用の取
付孔を備えていることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の中央フランジ付ボールねじ。３ボールガイドはリターンチユーブからなるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項
のいずれかの項に記載の中央フランジ付ボールね
じ。